Cartelas en equipos de la industria Oil & Gas: Clave para la seguridad y eficiencia

Introducción

En la industria del petróleo y gas, las cartelas son elementos fundamentales para el sostenimiento de los equipos en los diferentes procesos como: recipientes a presión, columnas de fraccionamiento, intercambiadores de calor, tuberías de alta presión, reactores catalíticos y esferas de almacenamiento son componentes esenciales para la operación segura y eficiente de las plantas. Estos equipos están diseñados para manejar condiciones operativas extremas, incluyendo altas presiones y temperaturas, lo que requiere un enfoque cuidadoso en su diseño estructural.

Son elementos fundamentales en el diseño de estos equipos, ya que proporcionan refuerzo y estabilidad estructural, asegurando que puedan soportar las tensiones mecánicas y térmicas a las que están sometidos.

En este artículo, se enfoca en disertar sobre estos componentes, los diferentes tipos utilizados en la industria del oil & gas, su importancia en diversos equipos, los mecanismos de daño, las metodologías de inspección y mantenimiento, y los desafíos futuros que enfrentan estos componentes cruciales.

Definición y tipos de cartelas 

Las cartelas son componentes estructurales utilizados para reforzar y estabilizar las conexiones entre diferentes partes de una estructura, en este caso, dentro de equipos de la industria oil and gas. Generalmente, son placas metálicas colocadas en ángulos críticos para distribuir la carga y prevenir deformaciones. Se fabrican comúnmente de acero al carbono o acero inoxidable, debido a su resistencia y durabilidad en condiciones operativas severas.

Tipos de cartelas

1. Triangulares: Utilizadas principalmente para reforzar esquinas y conexiones en ángulo recto, son comunes en recipientes a presión y esferas de almacenamiento.
2. En L: Empleadas para refuerzos longitudinales, se utilizan en tuberías de alta presión y columnas de fraccionamiento para proporcionar soporte a lo largo de las estructuras.
3. En T: Estas se conectan y refuerzan componentes que se cruzan, como en intercambiadores de calor y reactores catalíticos, donde la integridad de las intersecciones es crucial.
4. Refuerzo: Diseñadas para aumentar la rigidez en grandes estructuras, son esenciales en esferas de almacenamiento y recipientes a presión.
5. Base: Colocadas en la base de estructuras verticales, como columnas y tuberías, ayudan a distribuir la carga y proporcionar estabilidad.

A diferencia de vigas y columnas, estos componentes se usan para reforzar conexiones y distribuir cargas en puntos críticos, asegurando la estabilidad estructural en equipos sometidos a condiciones extremas.

Funciones de las cartelas en equipos del sector Oil and Gas

Principales Funciones :

1. Refuerzo estructural: Este tipo proporcionan soporte adicional en las uniones entre componentes estructurales, previniendo deformaciones y fallos bajo cargas operativas.
2. Distribución de cargas: Ayudan a distribuir de manera uniforme las cargas aplicadas, reduciendo el riesgo de concentraciones de tensiones que podrían llevar a fracturas.
3. Aumento de la rigidez de la estructura: Incrementan la rigidez general del equipo, lo que es crucial para mantener su integridad bajo condiciones operativas fluctuantes y extremas.

En los recipientes a presión y esferas de almacenamiento, las de tipo triangular refuerzan las uniones en ángulos, mientras que, en las tuberías de alta presión, las L soportan la estructura longitudinal. En intercambiadores de calor y reactores catalíticos, las de forma en T son críticas en las intersecciones de componentes.

La inclusión de cartelas adecuadas asegura que los equipos puedan operar de manera segura y eficiente, soportando las tensiones operativas y minimizando el riesgo de fallos estructurales.

Importancia de las cartelas en equipos del sector Oil & gas 

Estos componentes usan para mantener la integridad estructural de los equipos en la industria del Oil & Gas. Al proporcionar refuerzo en áreas críticas y distribuir las cargas, aseguran que los equipos puedan resistir las tensiones mecánicas y térmicas encontradas durante la operación. Esto es especialmente importante en un entorno donde la estabilidad y seguridad son primordiales.

La ausencia de cartelas adecuadas puede llevar a problemas graves, incluyendo deformación de componentes, desastres estructurales y posibles accidentes operativos. Esto podría resultar en interrupciones importantes, riesgos para la seguridad de los trabajadores y potenciales consecuencias ambientales, como el colapso de estructuras o la liberación de sustancias peligrosas.

Un ejemplo notable es el fallo de un intercambiador de calor debido a la falta de cartelas adecuadas, lo que llevó a la fractura de los tubos internos. Otro caso involucró la deformación de una esfera de almacenamiento por la ausencia de refuerzo en las uniones críticas, lo que resultó en una fuga significativa de gas.

Mecanismos de daños en cartelas 

1. Corrosión: La exposición constante a ambientes corrosivos, como sustancias químicas y humedad, puede deteriorarlas, reduciendo su resistencia estructural.
2. Fatiga por cargas cíclicas: En este caso están sujetas a cargas cíclicas debido a las fluctuaciones de temperatura y presión durante la operación. Estas cargas repetitivas pueden causar grietas y eventual falla por fatiga.
3. Daños mecánicos por vibraciones: Las vibraciones inducidas por el funcionamiento de los equipos y el flujo de fluidos pueden generar estrés adicional, causando deformaciones y grietas.

Ejemplos de signos visibles de daños en las cartelas:

1. Oxidación y picaduras: Señales de corrosión en la superficie del metal.
2. Grietas visibles o fracturas: Especialmente en las uniones y soldaduras debido a la fatiga.
3. Deformaciones o abolladuras: Causadas por daños mecánicos, especialmente en puntos de soldadura y conexiones.

Inspecciones y metodologías de inspección de cartelas 

Inspección en operación

1. Inspección visual: El uso de drones y cámaras de alta resolución permite inspecciones visuales externas sin necesidad de parar los equipos. Esta técnica ayuda a identificar daños superficiales, corrosión y deformaciones.
2. Monitoreo remoto: Sensores de vibración y temperatura instalados permanentemente en la estructura detectan anomalías en tiempo real. El monitoreo continuo del equipo es esencial para detectar vibraciones y fluctuaciones de temperatura que pueden afectarlas negativamente . Anomalías operativas pueden debilitar las soldaduras y causar grietas. Detectar y corregir estos problemas a tiempo protege la integridad estructural del equipo.
3. Pruebas No Destructivas (NDT): Aplicación limitada de ultrasonido en puntos accesibles para detectar corrosión y grietas superficiales, evaluando el estado interno sin causar daños adicionales.

Inspección fuera de operación

Según API 510 y API 579-1/ASME FFS-1, las inspecciones fuera de operación deben incluir técnicas avanzadas de NDT para evaluar la integridad estructural de las cartelas. Estas normas proporcionan directrices detalladas sobre los procedimientos de inspección y evaluación:

1. Inspeccion visual: para verificar inicios de perdidas de espesores, agrietamientos de la soldadura deformaciones o indicios de corrosión.
2. Ultrasonido: Inspección completa para detectar fallos internos y medir el espesor del material.
3. Pruebas de partículas magnéticas y líquidos penetrantes: Técnicas para identificar grietas superficiales y discontinuidades metálicas.

Paros programados o paradas de equipos/plantas

Durante los paros programados, se deben realizar inspecciones detalladas y mantenimiento correctivo según las recomendaciones de la API, asegurando la reparación de cualquier daño identificado antes de la reactivación del equipo.

Tecnología para evaluar cartelas y frecuencia de inspección 

Avances tecnológicos

1. Uso de drones: Equipados con cámaras de alta resolución y sensores térmicos, permiten inspecciones visuales detalladas sin necesidad de parar los equipos en las cartelas externas.
2. Ultrasonido avanzado: Técnicas de escaneo automatizado para una evaluación precisa de la integridad interna de las cartelas.
3. Software de análisis de imágenes: Facilita la evaluación de datos de inspección, identificando patrones y anomalías que podrían indicar daños estructurales.
4. Frecuencia de inspección: Estándares API y Mejores Prácticas Industriales: La frecuencia de las inspecciones se basa en estándares API (como API 510 y API 579-1/ASME FFS-1) y las mejores prácticas de la industria, asegurando que se mantengan altos niveles de seguridad y eficiencia operativa.
5. Inspección visual y monitoreo remoto continuo: Las inspecciones visuales y el monitoreo remoto continuo deben realizarse regularmente para detectar problemas tempranamente y realizar mantenimiento preventivo.
6. Inspección detallada con NDT: Durante los paros programados, se deben realizar inspecciones detalladas utilizando técnicas NDT como inspecciones visuales, ultrasonido para medir espesores, tintes penetrantes y partículas magnéticas para detectar grietas y fisuras cada 3 a 5 años, dependiendo de las condiciones operativas y el historial del equipo. Esta frecuencia asegura la detección temprana y la reparación de daños antes de que se conviertan en problemas críticos.

Tipos de mantenimiento para cartelas 

Mantenimiento preventivo vs. correctivo

El mantenimiento preventivo implica inspecciones regulares y refuerzos para evitar fallos antes de que ocurran. Este tipo de mantenimiento es esencial para asegurar la longevidad y seguridad de los equipos en la industria del oil and gas. El mantenimiento correctivo, por otro lado, se realiza cuando estas han mostrado signos de daño o fallo. Esto puede implicar reparaciones más complejas y costosas para restaurar la funcionalidad y seguridad estructural del equipo.

Procedimientos comunes de reparación de cartelas

1. Soldadura de refuerzo: Se realiza para restaurar la resistencia original que han sido debilitadas por corrosión o fatiga, añadiendo material en las áreas afectadas.
2. Sustitución las dañadas: Están severamente comprometidas, es necesario reemplazarlas. Esto requiere un análisis detallado de las cargas estructurales y las condiciones operativas para asegurar que las nuevas cumplan con los requisitos.

Realizar un mantenimiento regular es crucial para prolongar la vida útil de estas estructuras y del equipo. Además, es fundamental considerar las variables operacionales como la velocidad de los fluidos, las temperaturas y la composición del producto. Fluctuaciones en estas variables pueden aumentar el estrés , acelerando su deterioro.

Normas para inspecciones y mantenimientos de cartelas 

Las normas API proporcionan directrices esenciales para la inspección y mantenimiento de cartelas en equipos del sector oil and gas:

1. API 510: Establece los requisitos para la inspección y mantenimiento de recipientes a presión, asegurando que las inspecciones se realicen en intervalos adecuados y utilizando metodologías estandarizadas.
2. API 570: Proporciona un marco para la inspección y mantenimiento de sistemas de tuberías, aplicable también a las que soportan estas estructuras.
3. API 579-1/ASME FFS-1: Ofrece criterios detallados para la evaluación de la aptitud para el servicio de componentes estructurales, incluidas las cartelas, y es fundamental para la toma de decisiones sobre reparaciones o reemplazos.

Estas normas aseguran la inspeccionen y mantenimiento bajo estándares rigurosos, garantizando que los equipos del sector oil and gas operen de manera segura y eficiente.

Desafíos futuros para las cartelas en equipos del sector Oil & gas 

Con la introducción de nuevos materiales y tecnologías de producción, las cartelas en los equipos del sector oil and gas enfrentan desafíos relacionados con la compatibilidad de materiales y la necesidad de métodos de inspección avanzados. Además, el envejecimiento de las instalaciones plantea la necesidad de tecnologías de monitoreo más precisas para predecir y prevenir fallos estructurales antes de que ocurran.

El cumplimiento con normas y regulaciones cada vez más estrictas requerirá la adopción de mejores prácticas y tecnologías avanzadas para asegurar la integridad estructural, por ende, la seguridad de los equipos.

Conclusión

Las cartelas son componentes esenciales en la integridad estructural de los equipos del sector oil and gas, desempeñando un papel crucial en el refuerzo de conexiones y la distribución de cargas. Su correcto diseño, inspección y mantenimiento son fundamentales para garantizar la operación segura y eficiente de equipos que operan bajo condiciones extremas. La falta de un mantenimiento adecuado puede resultar en fallos estructurales graves, poniendo en riesgo no solo la operación de la planta, sino también la seguridad de los trabajadores y el entorno.

A medida que las normativas se vuelven más estrictas y las tecnologías avanzan, es vital que las prácticas de inspección y mantenimiento se adapten para asegurar que las cartelas sigan cumpliendo su función de manera eficaz. La adopción de nuevas tecnologías y metodologías de monitoreo permitirá anticipar problemas y tomar acciones preventivas, prolongando la vida útil de los equipos y minimizando riesgos operativos.

Referencias

Fuente propia